(57)【要約】  スクリーン（５）の画像表示面に発生する照度ムラや色ムラを良好に補正することができる投写型表示装置であって、光源（１）と、ライトバルブ（２）と、照明光学系（４）と、投写光学系（３）とを有し、照明光学系（４）は、光強度均一化素子（４１）と、光束をライトバルブ（２）の画像形成領域（２ａ）に導く第１の光学系（４２，４３）と、開口規定部材（６）とを含み、開口規定部材（６）は、スクリーン（５）と光学的に共役関係にならない位置に配置され、且つ、画像形成領域（２ａ）又はスクリーン（５）の複数の分割領域における相対的な照度の実測値又は計算値を用いて、相対的な照度の低い分割領域に対応する位置に備えられ、遮光部を狭め、開口部を広げる切り欠き領域である開口拡張部と、相対的な照度の高い分割領域に対応する位置に備えられ、遮光部を広げ、前記開口部を狭める突出部である開口縮小部との少なくとも一方を有する。
2012026390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を出射する光源と、
入力画像情報に応じて画像を形成する画像形成領域を有するライトバルブと、
前記光束を前記画像形成領域に照射する照明光学系と、
前記画像形成領域に形成された前記画像により変調された前記光束をスクリーンの画像表示面上に投写する投写光学系と
を有し、
前記照明光学系は、
前記光源から出射した前記光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、
前記光強度均一化素子で均一化された前記光束を前記画像形成領域に導く第１の光学系と、
前記第１の光学系内における前記光束の伝播路上に備えられ、前記光束を遮る遮光部と前記光束を通過させる開口部とを有する開口規定部材と
を含み、
前記開口規定部材は、
前記スクリーンと光学的に共役関係にならない位置に配置され、且つ、
前記画像形成領域又は前記スクリーンの画像表示面を分割して得られた複数の分割領域における相対的な照度の実測値又は計算値を用いて、前記複数の分割領域の内の前記相対的な照度の低い分割領域に対応する位置に備えられ、前記遮光部を狭め、前記開口部を広げる切り欠き領域である開口拡張部と、前記複数の分割領域の内の前記相対的な照度の高い分割領域に対応する位置に備えられ、前記遮光部を広げ、前記開口部を狭める突出部である開口縮小部との少なくとも一方を有する
ことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記開口規定部材は、前記投写光学系の光束入射側である投写光学系開口部と共役の位置又は前記共役の位置の近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記開口拡張部で拡張される前及び前記開口縮小部で縮小される前の前記開口部の形状は、円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記開口拡張部は、前記遮光部の内周を外側に向けて切り欠いた領域であり、
前記開口縮小部は、前記遮光部の内周を内側に向けて突出させた領域である
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記複数の分割領域は、縦Ｍ列（Ｍは２以上の整数）で横Ｎ行（Ｎは２以上の整数）に並ぶ複数の領域であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記第１の光学系は、
前記光束の径を変更する第２の光学系と、
前記光束の進行方向を変更する第３の光学系と
を含み、
前記開口規定部材は、前記第２の光学系と前記第３の光学系との間、前記第２の光学系の内部、及び、前記第３の光学系の内部のいずれかの位置に配置される
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記ライトバルブは、各々の反射面の傾角を前記入力画像情報に応じて切り替える複数の可動マイクロミラーを有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記ライトバルブは、前記光束を前記入力画像情報に応じて変調する液晶ライトバルブであることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトバルブにより変調された光束をスクリーンに投写することによって、画像を表示する投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学系の低コスト化及びコンパクト化のために、光学系の部品点数の低減又は非球面レンズの使用制限を行うと、光学系の収差が大きくなり、スクリーンの画像表示面における照度ムラ又は色ムラが大きくなる。ここで、照度ムラは、任意の平面上の２次元で表される位置に対する、照度の高低を示す分布（照度の不均一な分布）であり、色ムラは、任意の平面上の２次元で表される位置に対する、色の変化を示す分布（色度の不均一な分布）である。【０００３】
また、近年、ライトバルブの高解像度化及び小型化に伴い、画素の狭ピッチ化が進んでいる。ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：登録商標）のような周期的構造によって光を反射するライトバルブでは、正反射光の他に、回折光が発生する。回折光の回折角度ピッチは、画素ピッチが小さくなるほど大きくなる。したがって、画素ピッチが小さくなるほど、大きな次数の回折光は投写光学系に入射できなくなり、画像の投写に利用できる回折光の光量が少なくなる。さらにまた、光学系の構成及び光学系の収差の影響により、ライトバルブの画像形成領域（被照明領域）内における入射光の光量の差又は入射角度の差が大きくなると、投写光学系の入射面内おける回折光の光量の差が大きくなり、その結果、スクリーンの画像表示面における照度ムラ又は色ムラが増加する。【０００４】
一方、ホームシアター用の投写型表示装置においては、高コントラスト化が要求されるため、光学系のＦナンバー（ＦＮＯ）を大きくして光学系を小口径化する構成及び光学系の光路中に絞りを設けて光量の調整を行う構成を採用することが多い。光学系を小口径化すると、光学系に入射する回折光の光量が少なくなるため、光学系の収差の影響やライトバルブの狭ピッチ化の影響で発生するスクリーンの画像表示面における照度ムラや色ムラの影響が増加し易い。【０００５】
スクリーンの画像表示面における照度ムラ又は色ムラを抑制するために、複数の色成分に分離された各光線の光束範囲を囲う形状の開口を持つ絞りを採用する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３３００３号公報（例えば、段落００２９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光学系で発生する収差の影響又はライトバルブの狭ピッチ化が原因で発生する、スクリーンの画像表示面における照度ムラ又は色ムラを減少させるためには、ライトバルブの画像形成領域に入射する光束の照度分布を補正する必要がある。このため、複数の色成分に分離された各光線の光束範囲を囲う形状の開口を持つ絞りを採用する従来の装置では、スクリーンの画像表示面における照度ムラ又は色ムラを適切に減少させることができない。【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スクリーンの画像表示面における照度分布を適切に補正することができる投写型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る投写型表示装置は、光束を出射する光源と、入力画像情報に応じて画像を形成する画像形成領域を有するライトバルブと、前記光束を前記画像形成領域に照射する照明光学系と、前記画像形成領域に形成された前記画像により変調された前記光束をスクリーンの画像表示面上に投写する投写光学系とを有し、前記照明光学系は、前記光源から出射した前記光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、前記光強度均一化素子で均一化された前記光束を前記画像形成領域に導く第１の光学系と、前記第１の光学系内における前記光束の伝播路上に備えられ、前記光束を遮る遮光部と前記光束を通過させる開口部とを有する開口規定部材とを含み、前記開口規定部材は、前記スクリーンと光学的に共役関係にならない位置に配置され、且つ、前記画像形成領域又は前記スクリーンの画像表示面を分割して得られた複数の分割領域における相対的な照度の実測値又は計算値を用いて、前記複数の分割領域の内の前記相対的な照度の低い分割領域に対応する位置に備えられ、前記遮光部を狭め、前記開口部を広げる切り欠き領域である開口拡張部と、前記複数の分割領域の内の前記相対的な照度の高い分割領域に対応する位置に備えられ、前記遮光部を広げ、前記開口部を狭める突出部である開口縮小部との少なくとも一方を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る投写型表示装置によれば、簡素な構成でスクリーンの画像表示面における照度分布を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１〜３に係る投写型表示装置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。
【図２】実施の形態１〜３に係る照明光学系の絞り位置を示す模式図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１〜３に係るＤＭＤ素子の微小ミラー群の一部を概略的に示す正面図及び回折光を説明する模式図である。
【図４】実施の形態１〜３に係るＤＭＤ素子上の回折光の回折角度ピッチの説明図である。
【図５】実施の形態１〜３に係る投写光学系への入射光束の一例を示す模式図である。
【図６】実施の形態１〜３に係るＤＭＤ素子の回折角度の計算例を示す図である。
【図７】実施の形態１〜３に係るＤＭＤ素子の回折光を示す模式図である。
【図８】実施の形態１〜３に係るスクリーンの画像表示面の分割領域の例を示す説明図である。
【図９】比較例に係る開口規定部材の形状を示す正面図である。
【図１０】比較例に係る開口規定部材を用いたときのスクリーンの画像表示面における明るさの特性を示す説明図である。
【図１１】実施の形態１に係る開口規定部材の形状を示す正面図である。
【図１２】実施の形態１に係るスクリーンの画像表示面における明るさの特性を示す説明図である。
【図１３】実施の形態２に係る開口規定部材の形状を示す正面図である。
【図１４】実施の形態２に係るスクリーンの画像表示面における明るさの特性を示す説明図である。
【図１５】実施の形態３に係る開口規定部材の形状を模式的示す正面図である。
【図１６】実施の形態３に係るスクリーンの画像表示面における明るさの特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る投写型表示装置は、光束（図において、破線で示す）を出射する光源としての光源ランプ１と、入力画像情報に応じて画像を形成する画像形成領域（被照明面）２ａを有するライトバルブとしてのＤＭＤ素子２と、光源ランプ１から出射した光束をＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａに照射する照明光学系４と、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａに形成された画像により変調された光束を拡大してスクリーン５に投写する投写光学系３とを有している。
【００１３】
光源ランプ１は、例えば、白色光を出射する発光体１１ａと、この発光体１１ａの周囲に設けられた楕円面鏡１１ｂとを有している。楕円面鏡１１ｂは、楕円の第１中心に対応する第１焦点から出射された光束を反射して、楕円の第２中心に対応する第２焦点に収束させる。発光体１１ａは、楕円面鏡１１ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体１１ａから出射された光束は、楕円面鏡１１ｂの第２焦点近傍に収束される。楕円面鏡１１ｂに代えて、放物面鏡を用いてもよい。この場合には、発光体１１ａから出射された光束を、放物面鏡により略平行とした後、コンデンサレンズ（図示せず）により収束させればよい。また、楕円面鏡１１ｂに代えて、放物面鏡以外の凹面鏡を用いることもできる。
【００１４】
照明光学系４は、光源ランプ１から出射した光束の強度分布（すなわち、光束の進行方向に垂直な面内における光強度分布）を均一化する光強度均一化素子４１と、光強度均一化素子４１で均一化された光束をＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａに導く第１の光学系と、光強度均一化素子４１で均一化された光束を伝播する伝播路上に備えられた開口規定部材６又は６１とを有している。開口規定部材６又は６１は、この光束を遮る遮光部と光束を通過させる開口部とを有している。第１の光学系は、レンズ４２ａ，４２ｂを含む第２の光学系としてのリレーレンズ群４２と、第１ミラー４３ａ及び第２ミラー４３ｂを含む第３の光学系としてのミラー群４３とを有している。図１において、リレーレンズ群４２は、レンズ４２ａ，４２ｂの２枚のレンズで構成されているが、レンズの枚数は、２枚に限定されるものではない。同様に、ミラー群４３についても、２枚に限定されるものではない。リレーレンズ群４２及びミラー群４３により、光強度均一化素子４１から出射した光束を、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａに導いている。
【００１５】
光強度均一化素子４１は、光源ランプ１が出射した光束の光強度を均一化する機能を有する。すなわち、この光強度を均一化する機能により、照度ムラは低減する。一般的に、光強度均一化素子４１としては、ガラス又は樹脂等の透明材料で作られ、側壁の内側が全反射面となるように構成された多角柱状のロッドが挙げられる。多角柱状のロッドとは、断面形状が多角形の柱状部材である。また、光強度均一化素子４１としては、ミラー状の部材の光反射面を内側にして筒状に組み合わせることによって形成された、断面形状が多角形のパイプ（管状部材）が挙げられる。多角柱状のロッドの光強度均一化素子４１は、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射面（出射端）から光を出射させる。多角形のパイプの光強度均一化素子４１は、内側を向く鏡（例えば、表面鏡）の反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射面から光を出射させる。
【００１６】
光強度均一化素子４１は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍に重畳して照射される。このため、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂ近傍においては、ほぼ均一な強度分布が得られる。このほぼ均一な強度分布を有する出射面４１ｂからの光は、リレーレンズ群４２及びミラー群４３によって、ＤＭＤ素子２へと導かれ、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａを照明する。
【００１７】
開口規定部材６又は６１は、スクリーン５と光学的に共役関係にならない位置に配置される。開口規定部材６又は６１は、スクリーン５の画像表示面を分割して得られた複数の分割領域（後述する図８の符号１０１〜１０９）における相対的な照度の実測値又は計算値を用いて、複数の分割領域の内の相対的な照度の低い分割領域に対応する位置に備えられ、遮光部を狭め、開口部を広げる切り欠き領域である開口拡張部（例えば、後述する図１１の符号６１ｂ）と、複数の分割領域の内の前記相対的な照度の高い分割領域に対応する位置に備えられ、遮光部を広げ、開口部を狭める突出部である開口縮小部（例えば、後述する図１５の符号６３ｄ）との少なくとも一方を有する。なお、スクリーン５の画像表示面を分割して得られた複数の分割領域（後述する図８の符号１０１〜１０９）における相対的な照度の実測値又は計算値を用いる代わりに、ライトバルブの画像形成領域を分割して得られた複数の分割領域における相対的な照度の実測値又は計算値を用いてもよい。
【００１８】
また、開口規定部材６又は６１は、投写光学系３の光束入射側である投写光学系開口部と共役の位置又は共役の位置の近傍に配置されることが望ましい。これは、この共役位置における光束の径が最小となるので、開口規定部材６又は６１を小型にし易いからである。
【００１９】
図２は、照明光学系４の作用を概念的に示す模式図である。図２において、リレーレンズ群４２及びミラー群４３を模式的に示すため、各々を１つのレンズ素子のように図示しているが、実際には複数のレンズ素子の集合であってもよい。実施の形態１においては、照明光学系４は、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂとＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａとが光学的に共役な関係になるように構成されている。また、照明光学系４において、投写光学系３の入射側の開口部３１と共役な関係となる位置を、照明光学系４の絞り位置４５と呼ぶ。
【００２０】
照明光学系４の絞り位置４５は、光強度均一化素子４１から出射された光束の主光線が略集光する位置である。また、絞り位置４５は、投写光学系３の入射側の開口部３１と共役又は略共役であるとともに、光強度均一化素子４１の入射面４１аと共役又は略共役な関係となっている。このため、照明光学系４の絞り位置４５及び光強度均一化素子４１の入射面４１ａの位置で、例えば、光束の一部がカットされた（例えば、光速の一部が遮光部によって遮られた）としても、投写型表示装置に表示された画像の輝度は低下するが、画像の一部が欠けて表示される（例えば、表示画面の角部の近傍や辺の近傍に黒い（又は暗い）領域が発生するような不具合が発生しにくい。
【００２１】
ＤＭＤ素子２は、各画素に対応する可動式のマイクロミラーを多数（例えば、数十万個）平面的に配列した構成を有している。ＤＭＤ素子２は、画素情報（入力画像情報）に応じて複数のマイクロミラーの傾角（チルト）を個々に変化させて、光束を画像に応じて変調する。変調された光束は、スクリーン５の画像表示面上に投写されて、スクリーン上に画像が表示される。言い換えれば、ＤＭＤ素子２は、照明光を画素情報に応じて反射することによって、光学像を形成するための変調光を出射する反射型ライトバルブである。
【００２２】
ＤＭＤ素子２は、複数のマイクロミラーのうちの画像情報に応じて選択されたマイクロミラーを、基準面に対して一定の方向に角度α（例えば、１２度）だけ傾斜させる。角度αだけ傾斜したマイクロミラーに入射した光束は、投写光学系３に向けて反射される。角度αだけ傾斜した投写光学系３に入射した光束は、スクリーン５の画像表示面上に投写され、画像が形成される。なお、マイクロミラーの基準面は、マイクロミラーが駆動されていない状態でのマイクロミラーが配列された反射面である。すなわち、マイクロミラーの基準面は、マイクロミラーが形成された基板の表面と同じ方向を向く面である。ＤＭＤ素子２における基準面に対して傾斜していないマイクロミラーに入射した光束は、スクリーン５に表示される画像に影響を与えない方向、例えば、光吸収板（図示せず）に向けて反射する。光吸収板に入射した光束は、スクリーン５の画像表示面における画像の形成に利用されない。なお、マイクロミラーが基準面に対して傾斜しない場合とは、マイクロミラーが駆動されていない場合である。
【００２３】
ＤＭＤ素子２のように、周期的な構造物における回折光について、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａの一部に含まれる複数のマイクロミラーを示している。図３（ｂ）は、ＤＭＤ素子２を側面から見た場合における、光線の反射の様子を示している。なお、ＤＭＤ素子２に入射する光線２０ａは、実線の矢印で示し、回折光は、破線の矢印で示している。
【００２４】
次に、ＤＭＤ素子２の１つのマイクロミラー２ｂに光線２０аが入射した場合における、光線の振る舞いについて説明する。マイクロミラー２ｂの反射面２ｃで光線２０аが反射すると、正反射光２０ｂが出射されると共に、回折光が発生する。正反射光２０ｂを０次光と呼び、回折光２１аを１次光、回折光２２аを２次光、回折光２３аを３次光と呼ぶ。同様に、反射面２ｃで光線２０аが反射すると、４次光、５次光のような高次光（図示せず）も発生する。また、回折光２１ｂを−１次光、回折光２２ｂを−２次光、回折光２３ｂを−３次光と呼ぶ。同様に、反射面２ｃで光線２０аが反射すると、−４次光、−５次光のような高次光（図示せず）も発生する。このとき、高次になるほど、回折光の強度は、小さくなることが知られている。
【００２５】
回折光２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂの反射する角度ピッチβは、式（１）に示すように、ＤＭＤ素子２の画素ピッチｄ、光線２０аの入射角度α、回折次数ｍ、及び波長λから決定される。なお、角度ピッチβを回折角度ピッチと呼ぶ。
ｄ（ｓｉｎα  ±  ｓｉｎβ）＝ｍλ        ・・・（１）
【００２６】
例えば、入射角度αを一定としたとき、ＤＭＤ素子２の画素ピッチｄが１３．７μｍの場合及び画素ピッチｄが７．６μｍの場合の回折角度ピッチβについて光線の波長別に計算した結果を、図４に示す。光線の波長λは、４７０ｎｍ、５３０ｎｍ及び６３０ｎｍである。画素ピッチｄが１３．７μｍの場合、回折角度ピッチβは、波長λが６３０ｎｍ（赤色相当）で２．６４°、波長λが５３０ｎｍ（緑色相当）で２．２２°、波長λが４７０ｎｍ（青色相当）で１．９７°となる。また、画素ピッチｄが７．６μｍの場合、回折角度ピッチβは、波長λが６３０ｎｍ（赤色相当）で４．７５°、波長λが５３０ｎｍ（緑色相当）で４．００°、波長λが４７０ｎｍ（青色相当）で３．５５°となる。画素ピッチｄが１３．７μｍから７．６μｍのように小さくなると、回折角度ピッチβが大きくなることがわかる。
【００２７】
一方、光学系の高コントラスト化やコンパクト化、さらに低コスト化を目的として、ノンテレセントリック光学系が照明光学系４に採用されることが多い。このノンテレセントリック光学系の場合、一般的にＤＭＤ素子２への入射光線の入射角度は、ＤＭＤ素子２の画像形成領域内の位置によって異なる。
【００２８】
図５において、ＤＭＤ素子２の下部に入射する光線５１の入射角５１аと、ＤＭＤ素子２の上部に入射する光線５２の入射角５２аとを比較する。光線５１の入射角５１аの方が光線５２の入射角５２аより大きいことがわかる。このように、特に、ノンテレセントリック光学系の場合、ＤＭＤ素子２の画像形成領域内の位置で入射光線の入射角度αに差が生じることがわかる。なお、光線５１，５２は、破線の矢印で示している。
【００２９】
ＤＭＤ素子２に入射する光線の入射角度αが異なると、図３に示した正反射光２０ｂも異なることになる。図６は、入射角度αが変化したときの、回折角度ピッチβの変化を示した図である。図６における縦軸は、回折角度ピッチβであり、横軸は、入射角度αである。回折角度ピッチβは、画素ピッチｄを７．６μｍ、波長を５３０ｎｍとして、式（１）をもとに計算した。図６に示したように、入射角度αが大きくなると、回折角度ピッチβも大きくなる。つまり、ＤＭＤ素子２の画像形成領域における入射角度αに差があると、回折角度ピッチβにも差が生じることになる。
【００３０】
図７は、投写光学系３の入射側の開口部３１に光束が入射することを示す概念図である。なお、光線２０ａは、実線の矢印で示し、回折光は、破線の矢印で示している。投写光学系３の入射側の開口部３１の大きさは、投写光学系３のＦＮＯの値に応じて規定される。すなわち、投写光学系３のＦＮＯが大きい場合、入射側の開口部３１の大きさは、小さくなる。つまり、投写光学系３は、小口径となる。逆に、投写光学系３のＦＮＯが小さい場合、入射側の開口部３１は、大きくなる。つまり、投写光学系３は、大口径となる。
【００３１】
図７に示すように、±１次の回折光２１а，２１ｂは、投写光学系３の入射側の開口部３１に入射する。しかし、図７から、２次以上の高次の回折光は、投写光学系３の入射側の開口部３１に入射できないことがわかる。また、投写光学系３の入射側の開口部３１が一定の大きさである場合、入射光２０аの入射角αが変わると、入射する回折光の光量も変わることがわかる。なぜなら、入射側の開口部３１に入射する回折光の次数がプラス側とマイナス側で変わるからである。
【００３２】
一方、入射側の開口部３１の大きさが変わると、入射角度αが同じ場合でも、投写光学系３の入射側の開口部３１に入射する回折光の光量が変わる。「入射側の開口部３１の大きさが変わる」とは、投写光学系３のＦＮＯが変わることである。図７からもわかるように、高コントラスト化を実現するために、投写光学系３のＦＮＯを大きくすると、入射する回折光の光量は少なくなる。なぜなら、入射側の開口部３１の大きさを小さくすると、高次の回折光は、入射側の開口部３１に入射できないからである。
【００３３】
このような様々な要因により、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａから投写光学系３の入射側の開口部３１に入射する光束の光量が不均一になってしまうことが多い。例えば、光学系の収差や構成の影響で、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａにおける光束の入射角度に差が生じた場合、投写光学系３のＦＮＯを大きくした場合、及びＤＭＤ素子２が狭ピッチ化した場合などが挙げられる。ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａから投写光学系３の入射側の開口部３１に入射する光束の光量が不均一になると、スクリーン５の画像表示面における照度ムラ又は色ムラが発生し、スクリーン５の画像表示面に表示した画像の劣化を招くことになる。
【００３４】
そこで、スクリーン５の画像表示面における照度ムラ又は色ムラを改善する方法について説明する。スクリーン５の画像表示面を分割し、各分割領域の照度分布を、測定あるいはシミュレーション等で確認する。図８に示した例においては、スクリーン５の画像表示面を９個の領域に分割している。なお、スクリーン５の画像表示面を９個の領域に分割するのではなく、ＤＭＤ素子２の画像形成領域２ａを９個の領域に分割するようにしてもよい。さらに、複数の分割領域は、縦Ｍ列（Ｍは２以上の整数）で横Ｎ行（Ｎは２以上の整数）に並ぶ複数の領域であれば、３行３列以外の領域であってもよい。
【００３５】
図９は、開口規定部材６の開口部６ａの形状を示した模式図である。一般的な開口規定部材は、図９に示す開口規定部材６のように、照明光束径を円形状の開口部６ａで規定して照明光束量を制御している。
【００３６】
スクリーン５の画像表示面を９分割した照度分布の結果の一例を図１０に示す。図１０は、スクリーン５の画像表示面の中央（図８中の分割領域１０５）を基準として、各分割領域の相対的な明るさを示している。縦軸が相対的な明るさであり、横軸がスクリーン５上の画像表示面の分割領域である。相対的な明るさは、照度、輝度又は設計上の明るさを示す値などが考えられるが、実施の形態１では、照度で示している。なお、ここでは、照度ムラについて説明するために明るさに関する特性を示しているが、色ムラに関する場合、色度における等色に関する特性においても、同様の考え方が適用できる。
【００３７】
図１０は、スクリーン５の画像表示面の中央となる分割領域１０５を基準としたときのスクリーン５の画像表示面における明るさを相対値で示したものである。図８における分割領域１０１では、明るさの相対値が０．７であり、分割領域１０２では、明るさの相対値が０．７５であり、分割領域１０３では、明るさの相対値が０．８である。このように、図１０から、スクリーン５の画像表示面における明るさの不均一は大きいことがわかる。
【００３８】
図１０に示すような、スクリーン５の画像表示面における照度ムラを解消する方法について説明する。図２に示すように、ＤＭＤ素子２と、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂとは、光学的に共役関係にある。このため、仮に、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍で照度ムラを補正するような構造を設けると、ＤＭＤ素子２上の画像形成領域２ａで光束が欠けて影（暗い部分）が表示されてしまうような不具合が発生する。
【００３９】
一方、投写光学系３の入射側の開口部３１及び照明光学系４の絞り位置４５は、スクリーン５と光学的に共役関係にない。照明光学系４の絞り位置４５は、入射側の開口部３１と光学的に共役な位置にある。このため、これらの位置に照度ムラを補正するような構造を設けても、スクリーン５の画像表示面上で光束が欠けて、影（暗い部分）が表示されてしまうような不具合を発生することなく、光量を調節することができる。
【００４０】
例えば、図１０に示したスクリーン５の画像表示面における照度ムラを解消するために、開口規定部材６を照明光学系４の絞り位置４５の近傍に配置する。その開口規定部材６の形状について検討する。
【００４１】
図９の開口規定部材６を改善した開口規定部材６１を図１１に示す。図１１では、スクリーン５の画像表示面における照度ムラを解消するための、開口規定部材６１を示している。図１１は、開口規定部材６１の開口部６１ａの形状を示した模式図である。開口規定部材６１の開口部６１аは、図９に示した開口部６ａのような円形状ではなく、スクリーン５の画像表示面における照度ムラや色ムラを補正するような形状となっている。つまり、図１１中の右側に矩形状の開口領域（切り欠き部）６１ｂが設けられている。
【００４２】
図１０に示す特に相対明るさの低い（光量が少ない）分割領域１０１，１０２，１０３への光量の影響が大きい開口部６１аの領域は、図１１に示す矩形状の開口領域６１ｂの部分となる。分割領域１０１，１０２，１０３への光量が少ないため、開口規定部材６１の形状は、分割領域１０１，１０２，１０３に対応する、例えば、矩形状の開口領域６１ｂを新たに設けている。すなわち、開口規定部材６１の開口部６１ａは、円形状の開口部に矩形状の開口領域６１ｂを追加して、光量を多く取り込むことができる。
【００４３】
図１１は、開口規定部材６１を採用した場合のスクリーン５の画像表示面における照度分布を示している。図１１において、縦軸が相対的な明るさであり、横軸がスクリーン５上の画像表示面の分割領域である。菱形の点が開口規定部材６を用いた場合の値で、三角の点が開口規定部材６１を用いた場合の値を示している。相対的な明るさの測定方法は、図８と同じである。図１２において、円形状の開口部を有する開口規定部材６を配置した場合に比べて、開口規定部材６１の場合は、スクリーン５の画像表示面の分割領域１０１，１０２，１０３の光量が増加し、画像表示面における照度分布が改善していることがわかる。
【００４４】
実施の形態１に係る投写型表示装置は、スクリーン５の画像表示面における輝度ムラ又は色ムラを補正するために、投写光学系の入射側の開口部３１との共役位置の近傍の光伝播路上に、開口を規定する開口規定部材６，６１を配置する。この開口規定部材６，６１は、スクリーン５の画像表示面における照度分布を補正するような形状に形成されている。この位置に開口規定部材６，６１を配置すると、開口規定部材６，６１が小さくできる。また、光の利用効率の劣化を抑えてスクリーン５の画像表示面における照度分布を補正することができる。
【００４５】
なお、投写光学系の入射側の開口部３１との共役位置の近傍とした理由は、開口規定部材６，６１をレンズ枠などの構造物の関係で共役位置上に配置できない場合があるためである。このため、設計上では、弊害を抑えた範囲で共役位置から離れた位置に開口規定部材６，６１を配置することがある。図１の例で説明すると、光学系の設計によっては、共役位置が照明光学系４のリレーレンズ群４２の出射面に非常に近く、リレーレンズ群４２のレンズ枠との関係で共役位置上に配置できない場合である。共役位置は、光学系の設計によっては、ミラー群４３の出射端側となることもあるが、この場合でもミラー群４３の保持部品との干渉で開口規定部材６，６１の配置位置を移動することが考えられる。
【００４６】
このため、実施の形態１に係る投写型表示装置によれば、低コストの簡易な構成で、光の利用効率が良く、スクリーン５の画像表示面における照度ムラや色ムラを抑えた良好な画像を表示することができる光学系を構成できるという効果が得られる。さらに、実施の形態１に係る投写型表示装置によれば、光学系を小型化することも容易になるという効果も得られる。なお、照度分布は、任意の平面において、２次元で表される位置に対する照度の高低を示す分布である。
【００４７】
以上に説明したように、実施の形態１に係る投写型表示装置によれば、投写光量を調整する開口規定部材６を、照明光学系４の絞り位置４５近傍に配置したことにより、ＤＭＤ素子２上の画像形成領域２ａで光束が欠けて、影（暗い部分）が表示されてしまうような不具合が発生することがない。
【００４８】
また、実施の形態１に係る投写型表示装置によれば、開口規定部材６，６１を、スクリーン５の画像表示面における照度ムラや色ムラを補正するような異形状としているため、スクリーン５の画像表示面における照度ムラや色ムラを良好に補正することができる。このような、コンパクトで安価な開口規定部材５を用いてスクリーン５の画像表示面における照度ムラや色ムラを良好に補正することができる。
【００４９】
実施の形態２．
実施の形態２においては、実施の形態１における開口規定部材６１（図１１）の採用によって得られる照度分布（図１２）をさらに改善する開口規定部材６３について説明する。図８に示す分割領域１０７は、他の分割領域に比べて光量が少なくなっている。分割領域１０７を改善することにするための開口部６２ａを検討する。
【００５０】
図１３は、開口規定部材６２の開口部６２ａの形状を示した正面図である。図１３では、開口規定部材６１の開口領域６１ｂに加えて、開口規定部材６２の開口部６２ａは、矩形状の開口領域６２ｃを備えている。開口領域６２ｃは、スクリーン５の画像表示面の分割領域１０７に対応している。
【００５１】
図１４は、開口規定部材６２を採用した場合のスクリーン５の画像表示面における照度分布を示している。縦軸が相対的な明るさで横軸がスクリーン５上の画像表示面の分割領域である。菱形の点が開口規定部材６を用いた場合の値で、三角の点が開口規定部材６２を用いた場合の値を示している。図１４に示すように、開口規定部材６１を採用した場合と比較して、スクリーン５の画像表示面の分割領域１０７の光量が増加し、スクリーン５の画像表示面における照度分布が改善していることがわかる。
【００５２】
実施の形態２に係る投写型表示装置は、スクリーン５の画像表示面における輝度ムラ又は色ムラを補正するために、開口を規定する開口規定部材６２を配置する。この開口規定部材６２は、スクリーン５の画像表示面における照度分布を補正するような形状に形成されている。例えば、スクリーン５を正面から見た場合の相対的に暗い領域に対応する開口規定部材６２には、切り欠き部６２ｂを配置することで、開口規定部材６２，６３を小さくできる。また、光の利用効率の劣化を抑えてスクリーン５の画像表示面における照度分布を補正することができる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態３においては、実施の形態２における開口規定部材６２（図１３）の採用によって得られる照度分布（図１４）をさらに改善する開口規定部材６３について説明する。実施の形態２においては、図１４に示されるように、分割領域１０８の相対的な明るさは、他の分割領域における相対的な明るさよりも明るくなっている。実施の形態３においては、開口規定部材６３は、分割領域１０８の相対的な明るさを低減させることができるようにする形状を有している。図１５は、実施の形態３における開口規定部材６３の開口部６３ａの形状を模式的に示す正面図である。図１５に示した開口規定部材６３の開口部６３ａは、スクリーン５の画像表示面の分割領域１０７に対応する開口規定部材６３の領域６３ｄを遮光する突出部を設けた形状とした。
【００５４】
図１６は、開口規定部材６３を採用した場合のスクリーン５の画像表示面における照度分布を示している。縦軸が相対的な明るさで横軸がスクリーン５上の画像表示面の分割領域である。図１６において、菱形の点が開口規定部材６を用いた場合の値で、三角の点が開口規定部材６３を用いた場合の値を示している。図１６に示すように、スクリーン５の画像表示面の分割領域１０８の光量が減少し、さらに画像表示面における照度分布が改善していることがわかる。
【００５５】
実施の形態３に係る投写型表示装置は、スクリーン５の画像表示面における輝度ムラ又は色ムラを補正するために、投写光学系の入射側の開口部３１との共役位置の近傍の光伝播路上に、開口を規定する開口規定部材６３を配置する。この開口規定部材６３は、スクリーン５の画像表示面における照度分布を補正するような形状に形成されている。この位置に開口規定部材６３を配置すると、開口規定部材６３が小さくできる。また、光の利用効率の劣化を抑えてスクリーン５の画像表示面における照度分布を補正することができる。
【００５６】
変形例．
上記実施の形態１〜３においては、ライトバルブとしてＤＭＤ素子を用いた場合を説明したが、透過型あるいは反射型の液晶表示素子のような他のライトバルブを用いてもよい。
【００５７】
上記実施の形態１〜３においては、開口規定部材５の切り欠き部及び突出部が矩形状である場合を説明したが、照明光学系の構造、配置、特性に適応して、照度均一性を向上させる形状であれば、矩形状以外の形状、例えば、曲線を含む形状であってもよい。
【００５８】
上記実施の形態１〜３においては、円形の開口部に加えて切り欠き部又は突出部を備えた形状を説明したが、照明光学系の構造、配置、特性に適応して、照度均一性を向上させる形状であれば、楕円形の開口部などの円形以外の開口部に加えて切り欠き部又は突出部を備えてもよい。
【００５９】
上記実施の形態１〜３において、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いた場合や、略正方形、略９０度及び略平行など「略」又は「ほぼ」などの用語をつけた表現を用いた場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表わしている。このため、請求の範囲において、例え「略」を記載しない表現が存在する場合であっても、その表現は、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むものである。また、請求の範囲に「略」を記載した場合は、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを示している。
【符号の説明】
【００６０】
１  光源ランプ（光源）、  １１ａ  発光体、  １１ｂ  楕円面鏡、  ２  ＤＭＤ素子（ライトバルブ）、  ２ａ  被照明面（画像形成領域）、  ２ｂ  マイクロミラー、  ２ｃ  反射面、  ２０ａ  光線、  ２０ｂ  正反射光、  ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ  回折光、  ３  投写光学系、  ３１  入射側の開口部、  ４  照明光学系、  ４１  光強度均一化素子、  ４１ａ  入射面、  ４１ｂ  出射面、  ４２  リレーレンズ群（第２の光学系）、  ４２ａ，４２ｂ  レンズ、  ４３  ミラー群（第３の光学系）、  ４３ａ  第１ミラー、  ４３ｂ  第２ミラー、  ４５  照明光学系の絞り位置、  ５  スクリーン、  ５１，５２  光線、  ５１ａ，５２ａ  入射角、  １０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９  領域（分割領域）、  ６，６１，６２，６３  開口規定部材、  ６ａ，６１ａ，６２ａ，６３ａ  開口部、  ６１ｂ，６２ｂ，６２ｃ，６３ｂ，６３ｃ  開口領域（切り欠き部、開口拡張部）、  ６３ｄ  遮光領域（突出部、開口縮小部）、  ｄ  画素ピッチ、  α  入射角度、  β  回折角度ピッチ、  ｍ  回折次数、  λ  波長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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